二階Σ-Δ調(diào)制器結(jié)構(gòu)研究與數(shù)據(jù)仿真.pdf

1、隨著電子技術(shù)的發(fā)展，人們對數(shù)模轉(zhuǎn)換器精度的要求越來越高，迄今為止，∑-△數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)成為數(shù)字VLSI技術(shù)中執(zhí)行高精度AD轉(zhuǎn)換最吸引入的方法?！?△(Sigma-delta)轉(zhuǎn)換技術(shù)是建立在過采樣、噪聲整形和數(shù)字降頻濾波器技術(shù)三大基礎(chǔ)技術(shù)上的完全不同于傳統(tǒng)模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)的另一類轉(zhuǎn)換技術(shù)。首先，采用過采樣噪聲整形技術(shù)實現(xiàn)高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換，和傳統(tǒng)的Nyquist率模數(shù)轉(zhuǎn)換器相比，它可以避免對模擬電路性能指標(biāo)和元器件匹配精度的較高要求，可以充分利

2、用現(xiàn)代VLSI技術(shù)中的高速、高集成度、低成本的優(yōu)點。其次∑-△轉(zhuǎn)換器采用DSP技術(shù)，其數(shù)字化特性可以使之很方便地集成到其他的數(shù)字芯片上，工藝不具有特殊性，這使它在成本方面也可以下降，優(yōu)于其他A/D轉(zhuǎn)換器。 本文對一種適用于低頻信號范圍的過采樣∑-△A/D轉(zhuǎn)換器的調(diào)制器部分進(jìn)行了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和電路研究，輸入信號帶寬5kHZ，轉(zhuǎn)換器精度12位，建立了調(diào)制器的行為級模型，并通過仿真數(shù)據(jù)的處理指導(dǎo)了調(diào)制器的電路設(shè)計。論文首先對∑-△調(diào)制器的

3、原理進(jìn)行了介紹，分析了各種結(jié)構(gòu)及參數(shù)對調(diào)制器精度和信噪比的影響：接著，在理論指導(dǎo)的基礎(chǔ)上，利用MATLAB的Simulink工具包對二階∑-△調(diào)制器進(jìn)行了行為級建模和仿真，通過FFT分析得到了輸出信號頻譜、調(diào)制器的精度和信噪比等性能指標(biāo)；為了對∑-△調(diào)制器進(jìn)行完整的行為級仿真，構(gòu)造了在Simulink環(huán)境下∑-△調(diào)制器的噪聲模型，考慮了影響調(diào)制器性能的一些主要非理想因素，通過仿真驗證了噪聲模型的正確性；最后，設(shè)計實現(xiàn)了調(diào)制器的電路結(jié)構(gòu)，

4、對于運算放大器、積分器、比較器、時鐘產(chǎn)生等電路，利用HSPICE對各電路進(jìn)行了仿真，驗證其功能，給出了∑-△調(diào)制器整體電路仿真結(jié)果；對最終仿真結(jié)果導(dǎo)入MATLAB中得到了電路實現(xiàn)的調(diào)制器的性能指標(biāo)。 最終結(jié)果表明：設(shè)計的二階∑-△調(diào)制器在采樣時鐘為2.56MHz，過采樣率為256時，采用單位量化，信噪比74.6dB，精度為12.13bits，達(dá)到了設(shè)計要求，可以用于低頻信號下的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換領(lǐng)域，如溫度補(bǔ)償振蕩器中的A/D轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用